JP2004319586A - Nonvolatile semiconductor storage device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法に関し、特に隣接する不揮発性記憶素子の浮遊電極間に絶縁膜で絶縁されたスリットを有する不揮発性半導体記憶装置に適用されるものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の浮遊電極を具備する不揮発性半導体記憶装置として、図17に示すようなものがある(例えば、特許文献1参照)。図17に示された不揮発性半導体記憶装置は、シリコン基板111、ゲート酸化膜112、下層の浮遊電極となる第1の多結晶シリコン膜113、シリコン酸化膜116、素子分離領域のSTI埋め込み材であるシリコン酸化膜117、上層の浮遊電極となる第2の多結晶シリコン膜118、ONO絶縁膜(シリコン酸化膜、シリコンナイトライド膜、シリコン酸化膜の3層膜)119、下層の制御電極となる第3の多結晶シリコン膜120、上層の制御電極となるWSi膜121、絶縁保護膜となるシリコン酸化膜122、から構成されている。
【0003】
下層の浮遊電極である第1の多結晶シリコン膜113は素子分離領域のシリコン酸化膜116、117により隣接するセルの対応する下層の浮遊電極とは絶縁され、上層の浮遊電極である第2の多結晶シリコン膜118はシリコン酸化膜117の上でスリット126により隣接するセルの対応する上層の浮遊電極と分離されている。浮遊電極118と制御電極120とは電極間絶縁膜であるONO絶縁膜119で絶縁されている。
【0004】
しかし、従来の不揮発性半導体記憶装置では、この浮遊電極コーナー部125において、ONO絶縁膜119とともに制御電極120が隣接するセル間のスリット126内に入り込む構造となっていた。
【0005】
そのため浮遊電極コーナー部125には電界が集中し、このコーナー部125のONO絶縁膜119の絶縁特性が低下する為に、浮遊電極113,118に記憶情報に対応して注入された電荷保持特性が悪いという問題があった。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−016154号公報 明細書
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の不揮発性半導体記憶装置は、素子分離領域上で隣接するセルの浮遊電極間の絶縁用のスリット内に制御電極が入り込む構造となっていた。
【0008】
そのため、スリット内の浮遊電極コーナー部には電界が集中し、記憶情報の電荷保持特性が悪いという問題があった。
【0009】
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、電荷保持特性の良い不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様の不揮発性半導体記憶装置は、第1導電型の半導体基板の主表面上に素子分離領域によって夫々分離された素子領域に形成された複数の不揮発性記憶素子を具備し、前記不揮発性記憶素子の夫々は、前記半導体基板の主表面上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に第1の方向に沿って形成された複数の浮遊電極と、前記浮遊電極を挟むように第2の方向に沿って形成された第2導電型の不純物拡散領域と、前記複数の浮遊電極上に電極間絶縁膜を介して形成された制御電極とを具備し、前記第1の方向に沿って隣接する複数の浮遊電極の間には複数のスリットが形成され、前記複数のスリット内にはスリット絶縁層が夫々埋め込まれた、前記電極間絶縁膜及び制御電極は前記スリット絶縁層を介して前記第1の方向に沿って隣接する複数の不揮発性記憶素子の浮遊電極上に跨って前記第1の方向に沿って形成されること、を特徴として構成される。
【0011】
本発明の他の態様の不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板の主表面に素子分離領域により分離された第1,第2の素子形成領域を形成し、前記第1,第2の素子形成領域中にそれぞれ第1、第2のゲート絶縁膜を形成し、前記素子分離領域上でスリットにより分離された状態で前記第1,第2のゲート絶縁膜上に夫々第1,第2の浮遊電極を形成し、前記スリット内に前記第1,第2の浮遊電極と略同じ厚さを持つスリット絶縁層を形成し、前記スリット絶縁膜上および前記第1,第2の浮遊電極上に電極間絶縁膜を形成し、前記電極間絶縁膜上に前記第1,第2の浮遊電極に跨って共通に制御電極を形成することを特徴とする。
【0012】
上記の構成によれば、隣接する浮遊電極間のスリット内に制御電極が入り込むことはない。そのため、スリット内の浮遊電極コーナー部に電界が集中することがなく、電荷保持性の良い不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することが出来る。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、シリコン基板の主表面上に形成した浮遊電極を有する不揮発半導体記憶装置に本発明を適応した実施の形態について図面を参照して説明する。なおこの説明においては、全図にわたり共通の部分には共通の参照符号を付す。
【0014】
[第1の実施形態]
以下、図1乃至図3を用いてこの発明の第1の実施形態に係る浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置を説明する。ここで、図1は図3の平面図におけるI −I 線で切断して矢印方向に見た断面図である。図2は図3の平面図におけるII−II線で切断して矢印方向に見た断面図である。図3はこの発明の一実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の平面図である。
【0015】
図1に示すように、シリコン基板11の主表面上に、ゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜12と第1の浮遊電極層となる多結晶シリコン膜13とが、素子分離領域を形成するSTI溝17Aの内部に形成されたシリコン酸化膜16の外壁により分離された状態で、順次積層される。シリコン酸化膜16により取り囲まれたSTI溝17Aの内部にはSTI埋め込み材であるシリコン酸化膜17が充填される。
【0016】
多結晶シリコン膜13の上には第2の浮遊電極層として多結晶シリコン膜18が形成される。この多結晶シリコン膜18は、STI埋め込み材であるシリコン酸化膜17の上面のほぼ中央部においてスリット18Aにより分離される。このスリット18A内および第2の浮遊電極層となる多結晶シリコン酸化膜18の上には、電極間絶縁膜としてONO絶縁膜(シリコン酸化膜、シリコンナイトライド膜、シリコン酸化膜との三層からなる)19−1が堆積される。
【0017】
このONO絶縁膜19−1の上には第1の制御電極層となる多結晶シリコン膜20および第2の制御電極層となるWSi膜21が順次形成される。図3に示すように、これらの第1,第2の制御電極層20,21により制御電極CG<0>、CG<1>が形成される。
【0018】
図2及び図3に示すように、シリコン基板11の主表面上に、ゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜12と第1の浮遊電極層となる多結晶シリコン膜13とが、シリコン酸化膜17により分離された素子領域に形成される。シリコン酸化膜12の下のシリコン基板11内部には、隣接する多結晶シリコン膜13の間に跨ってソース領域・ドレイン領域となる不純物拡散層24−1,24−2,24−3が形成される。
【0019】
多結晶シリコン膜13の上には第2の浮遊電極層として多結晶シリコン膜18が形成される。この多結晶シリコン膜18の上には、電極間絶縁膜としてONO絶縁膜(シリコン酸化膜、シリコンナイトライド膜、シリコン酸化膜との三層からなる)19−1が堆積される。これらの多結晶シリコン膜13,18が隣接する2つの不揮発性記憶素子MC<01>、MC<11>においてそれぞれ2層構造の浮遊電極FG<01>,FG<11>を構成する。
【0020】
このONO絶縁膜19−1の上には、第1の制御電極層となる多結晶シリコン膜20および第2の制御電極層となるWSi膜21が順次形成される。これらの第1、第2の制御電極層20,21により同様に隣接する2つの不揮発性記憶素子MC<01>、MC<11>の制御電極CG<0>、CG<1>が形成される。これらを具備する不揮発性記憶素子MC<00>〜MC<11>の側面にはゲート側壁絶縁膜23が形成され、上面にはシリコン酸化膜22が夫々形成される。
【0021】
ここで、図3の平面図を参照して図1、図2に示した断面構造を有するこの実施形態の不揮発性半導体記憶装置の平面レイアウトを説明する。即ち、シリコン基板11に素子分離膜となるシリコン酸化膜17(STI埋め込み材)によって分離された素子形成領域に、制御電極CG<0>、CG<1>に沿って形成された複数の不揮発性記憶素子MC<00>〜MC<11>を有する不揮発性半導体記憶装置が形成される。ここで、MCは不揮発性記憶素子、CGは制御電極、FGは浮遊電極であり、<nm>(nm:整数)はMCのマトリクス状配列における<row、column>を表わす。図3では4個の不揮発性記憶素子MC<00>〜MC<11>を示している。
【0022】
また、シリコン基板11にゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜12が形成され、シリコン酸化膜12の下方で隣接する不揮発性記憶素子の浮遊電極FG間に跨り、かつ制御電極CG<0>、CG<1>に直交する方向にソース、ドレインとなるべき不純物拡散層24−1、24−2、24−3が形成される。
【0023】
さらに、不揮発性記憶素子MC<00>〜MC<11>は、夫々浮遊電極FG<00>〜FG<11>及び制御電極CG<0>、CG<1>を有する。
【0024】
浮遊電極FG<00>〜FG<11>は、各々不揮発性記憶素子MC<00>〜MC<11>の領域内に形成され、ゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜12上に、多結晶シリコン膜13及び多結晶シリコン膜18から形成される。
【0025】
また、浮遊電極FG<00>〜FG<11>と制御電極CG<0>、CG<1>の間には電極間絶縁膜となるONO絶縁膜19−1<0>、19−1<1>が形成される。
【0026】
一方、制御電極CGは多結晶シリコン膜20及びWSi膜21から構成されている。つまり、制御電極CG<0>は、電極間絶縁膜19−1<0>を介して、浮遊電極FG<00>、FG<01>の上方に形成される。同様に、制御電極CG<1>は、電極間絶縁膜19−1<1>を介して、浮遊電極FG<10>、FG<11>の上方に形成される。
【0027】
また、制御電極CG<0>に沿って隣接する浮遊電極FG<00>とFG<01>の間をスリット18A<0>とする。同様に、制御電極CG<1>に沿って隣接する浮遊電極FG<10>とFG<11>の間をスリット18A<1>とする。
【0028】
図1に示すように、このスリット18Aの内部にはONO絶縁膜19−2が形成され、制御電極CGに沿って隣接する浮遊電極18の間にあるスリット18Aを完全に埋めるように形成される。例えば、スリット18A<0>の内部には、ONO絶縁膜19−2<0>が、同様に、スリット18A<1>の内部には、ONO絶縁膜19−2<1>が形成される。
【0029】
上記のような構成をとることによって、スリット18A内部に電極間絶縁膜ONO絶縁膜19−1が完全に入り込んで埋める。従って、電極間絶縁膜ONO絶縁膜19−1の上方に形成された制御電極CGがスリット18A内部に入り込むことはない。
【0030】
次に、各素子の動作について、不揮発性記憶素子MC<11>の場合を例に挙げて説明する。
【0031】
書き込み動作について説明する。まず、シリコン基板11が接地電位とされる。そして、ソース、ドレイン領域となるべき不純物拡散層24−2と不純物拡散層24−3の間に高電圧が印加される。例えば、不純物拡散層不純物拡散層24−2をソース領域、不純物拡散層24−3をドレイン領域とすると、ソース領域の不純物拡散層24−2に接地電位、ドレイン領域の不純物拡散層24−3にある所定の高電位を印加する。
【0032】
さらに、制御電極CG<1>に高電位を印加すると、ソース、ドレイン間、即ち、不純物拡散層24−2〜24−3の間に印加された高電位により発生したホットエレクトロンが制御電極CG<1>の高電圧によって浮遊電極FG<11>に注入される。もしくは、制御電極CG<1>の高電圧によって、FN電流が発生し、浮遊電極FG<11>にエレクトロンが注入される。
【0033】
このように、不揮発性記憶素子MC<11>が選択的に書き込まれる。また、浮遊電極FG<11>に注入された電子はそのまま保持される。そのため、書き込まれた情報が再書き込み動作なしに維持される。
【0034】
次に、読み出し動作について説明する。まず、シリコン基板11が接地電位とされる。そして、ソース領域となる不純物拡散層24−2も接地電位とされる。さらに、ドレイン領域となる不純物拡散層24−3に電位が印加される。次に、制御電極CG<1>に電圧が印加される。この時、不揮発性記憶素子MC<11>の浮遊電極<11>には電子が注入されているものとすると、ソース、ドレイン間にチャネルが形成されにくくなり、閾値電圧が高くなる。即ち、記憶素子MC<11>は、オフ状態となり、ソース、ドレイン間である不純物拡散層24−2〜24−3の間には電流が流れない。
【0035】
一方、浮遊電極<11>に電子が注入されていないものとすると、ソース、ドレイン間に容易にチャネルが形成されて電流が流れ、記憶素子MC<11>はオン状態となる。このようにして、不揮発性記憶素子MC<11>のドレイン領域つまり、不純物拡散層24−3における電流の有無をこの先に接続された図示しないセンスアンプ等により読み出すことによって、記憶素子MC<11>に書き込まれた情報を読み出す。
【0036】
次に、消去動作について説明する。消去動作は、すべての不揮発性記憶素子MC<00>〜MC<11>についての一括消去である。即ち、すべてのドレイン領域及びソース領域となる不純物拡散層24に正電位を印加する。さらに、すべての制御電極CG<0>、CG<1>に負電位を印加する。その結果、すべての浮遊電極FG<00>〜FG<11>から保持電子がシリコン基板11に引き抜かれ、不揮発性記憶素子MC<00>〜MC<11>の記憶情報が消去される。以上の動作は、他の不揮発性記憶素子MC<00>、MC<01>、MC<10>についても同様である。
【0037】
上述のように、制御電極CGに沿って隣接する浮遊電極FGの溝となる、スリット18Aの内部にはONO絶縁膜19−2がこの溝を完全に埋めるように形成される。上記のような構成をとることによって、スリット18A内部は電極間絶縁膜ONO絶縁膜19−1が完全に入り込んでスリット18Aが埋め込まれる。従って、電極間絶縁膜ONO絶縁膜19−1の上方に形成された制御電極CGがスリット18A内部に入り込むことはない。このことにより、書き込み動作後に浮遊電極FGに注入された電子が、浮遊電極コーナー部25の電界集中によって、制御電極CGに漏れ出すことを排除することが出来る。即ち、電荷保持特性を向上することが出来る。
【0038】
このように、この実施形態によれば、スリット18Aの幅がどれだけ広くても従来のように制御電極20がスリット18A内に垂れ下がることがないので、浮遊電極18との間に電界の集中が起こることを未然に防止できる。従って、不揮発性記憶素子の電荷保持特性が著しく向上する。
【0039】
また、図1〜図3に示した実施形態では、スリット18A内を埋めるスリット絶縁膜19−2を先に形成し、その後、浮遊電極18と制御電極20との間に形成される電極間絶縁膜19−1を堆積させる方法で製造することができるが、スリット絶縁膜19−2と電極間絶縁膜19−1とが同じONO膜で形成される場合には両者を同時に形成することも可能である。
【0040】
一方、スリット18Aの幅は隣接する2つの不揮発性記憶素子の間隔を決めるファクターであり、限られた面積内に高密度に不揮発性記憶素子を配置しようとすると、必然的にスリット18Aの幅が狭くなってくる。
【0041】
このような場合にも本実施形態の効果を十分に発揮するためには、スリット18Aの幅dFと電極間絶縁膜19−1の膜厚dONOが以下の条件に従うことが望ましい。この条件について、図4を用いて説明する。
【0042】
図4は電荷保持特性不良率に対して、スリット幅dF/膜厚dONO、の依存性を表わすグラフである。ここで、スリット幅dFは隣接する浮遊電極18間のスリット18Aの間隔であり、膜厚dONOは多結晶シリコン膜20と多結晶シリコン膜18との間に堆積する電極間絶縁膜19−1の膜厚である。
【0043】
図4に示すように、例えば図17に示すような構造をもつ従来の不揮発性半導体記憶素子では、スリット幅dF/膜厚dONO=4程度となる。従って、電荷保持特性不良率が8%程度発生する。
【0044】
これに対して本実施形態では、スリット絶縁膜19−2と電極間絶縁膜19−1とを同じ材料で同時に堆積させる場合には、スリット幅dF/膜厚dONO<1.6であることが望ましいことが図4から分かる。この場合、電荷保持特性不良率がほぼ0%となり、極めて良好な電荷保持特性を示す。
【0045】
この不等式、スリット幅dF/膜厚dONO<1.6が示す関係は、膜厚dONOを有する絶縁膜を用いて、スリット幅dFを有するスリット18Aを同一の絶縁膜で埋めることが出来る条件である。
【0046】
即ち、一般的に、スリット18Aに堆積されるスリット幅方向の膜厚は、堆積される絶縁膜の種類にもよるが、浮遊電極18と制御電極20の間に堆積される電極間絶縁膜19−1である膜厚dONOの1.6倍程度となるからである。これは、浮遊電極18の側面に堆積されるスリット間絶縁膜19−2の膜厚が、多結晶シリコン膜18と多結晶シリコン膜20の間に堆積される電極間絶縁膜19−1の膜厚に比べ、およそ0.8倍程度となるからである。
【0047】
一方、電極間絶縁膜19−1が理想的な状態でスリット18Aにおける側面に堆積される場合は、浮遊電極層18の上面に堆積される厚さが同じとなるので、スリット幅dFは膜厚dONOの2.0倍程度になると考えられる。しかしながら、実際にこの条件下で堆積した場合には、スリットは完全には埋まらないで電極間絶縁膜19−1の表面に若干の窪みが出来てしまう。この結果、従来のようにスリット18Aの内部に制御電極が入り込み、浮遊電極コーナー部に電界集中が起きてしまう。その結果、従来における電界集中による電荷保持特性の低下という不都合が解消されないことになる。
【0048】
しかし、浮遊電極スリット幅dFが膜圧dONOの1.6倍よりも小さい場合は、スリット18Aの内部は例えばONO絶縁膜19によって完全に埋め込まれ、スリット18A内に制御電極20が入り込むことを完全に回避できる。その結果、制御電極20は浮遊電極コーナー部25を覆わず、電界集中が発生しづらい構造となり、電荷保持特性が向上する。
【0049】
さらに、この条件に従うと、各セル、即ち不揮発性記憶素子毎のしきい値分布のばらつきを抑制する効果も期待できる。即ち、制御電極に面する側の浮遊電極コーナー部の曲率半径は、セル毎に異なっているため、コーナー部を電荷保持に用いると書き込み/消去のスピードもセル毎に変わってくる。そのため各セルのしきい値分布のばらつきが生じる。しかし本実施形態では、浮遊電極コーナー部25を電荷保持に使わず、フラットな絶縁膜のみを書き込み/消去に用いるので、セル間のばらつきが小さくなるからである。
【0050】
尚、本実施形態では、電極間絶縁膜及びスリット間絶縁膜としてONO絶縁膜を用いる場合を示したが、絶縁膜であれば例えば、酸化膜、シリコンナイトライド膜等その他の絶縁膜を用いても同様の効果を得ることが出来る。
【0051】
以下、図5及び図6を参照して図1乃至図3に示した実施形態の不揮発性半導体記憶装置の製造工程の一例を説明する。
【0052】
先ず、図5(a)、図6(a)において、シリコン基板11の主表面上に例えば800℃のO2雰囲気で加熱し10nm程度の厚さで第1のシリコン酸化膜12を形成する。次に例えば減圧CVD法により、浮遊電極となる60nm程度の多結晶シリコン膜13と、100nm程度のシリコンナイトライド膜14と、150nm程度のシリコン酸化膜15を堆積する。次いで、通常の光蝕刻法によりフォトレジストを用いて所望のパターンに加工し、それをマスクにしてRIE法によりシリコン酸化膜15とシリコンナイトライド膜14を加工する。次にO2プラズマ中にシリコン基板を曝し、フォトレジストを除去し、シリコン酸化膜15をマスクにして多結晶シリコン膜13を加工する。
【0053】
次に、図5(b)、図6(b)において、シリコン酸化膜15をマスクにシリコン酸化膜12及びシリコン基板11を加工してシリコン基板11中に溝17Aを形成する。次いで、1000℃程度のO2雰囲気で加熱し、溝17Aの外壁に6nm程度のシリコン酸化膜16を形成する。次にHDP(high density plasma)法により、STI埋め込み材となる600nm程度のシリコン酸化膜17を堆積する。
【0054】
次に、図5(c)、図6(c)において、CMP(chemical mechanical polishing)法によりシリコン酸化膜17を平坦化し、900℃程度の窒素雰囲気中で加熱する。さらに、バッファード(Buffered)HF溶液に10sec 程度浸して、150℃程度のリン酸処理によりシリコンナイトライド膜14を除去する。次に、ディリュート(Dilute)HF溶液でシリコン酸化膜17を20nm程度エッチングする。
【0055】
さらに、減圧CVD法によりリンが添加されて浮遊電極となる多結晶シリコン膜18を堆積する。さらに、シリコン酸化膜17上面の略中央部に、フォトレジストのマスクを用いてRIE法により多結晶シリコン膜18を加工し、スリット18Aを形成する。
【0056】
更に、図5(d)、図6(d)において、減圧CVD法でONO絶縁膜19−1,19−2(5nm程度のシリコン酸化膜、5nm程度のシリコンナイトライド膜、5nm程度のシリコン酸化膜の3層膜)、制御電極となるリンが添加された100nm程度の多結晶シリコン膜20、100nm程度のWSi膜21、200nm程度のシリコン酸化膜22を堆積する。次に、フォトリソグラフィー法によりフォトレジストを所望の形にパターニングし、それをマスクにしてシリコン酸化膜22を例えばRIE法により加工する。
【0057】
次いで、図6(e)において、シリコン酸化膜22をマスクとして、WSi膜21、多結晶シリコン膜20、ONO絶縁膜19−1,19−2、多結晶シリコン膜18、多結晶シリコン膜13、を順次例えばRIE法により加工する。さらに、加工後の制御電極及び前記STI埋め込み材となるシリコン酸化膜17のパターンをマスクとして用い、例えばイオン打ち込み法により自己整合的にソース/ドレイン領域となる不純物拡散層24−1,24−2,24−3を形成する。さらに、1000℃程度のO2雰囲気中で加熱しすることにより、夫々の不揮発性記憶素子MCの側壁にシリコン酸化膜23を形成する。
【0058】
以上の製造工程により、不揮発性記憶素子MC<00>〜MC<11>を形成する。
【0059】
図5(d)で示すように、浮遊電極間のスリット18A<1>内部がONO絶縁膜19−2<1>で埋められる。そのため、制御電極CG<1>を構成する多結晶シリコン膜20及びWSi膜21が、スリット18A<1>内部に入り込めない構造となっている。そのため、浮遊電極コーナー部25での電界集中が発生せず、電荷保持特性が向上する。
【0060】
また、本実施形態に係る製造方法は、制御電極CG<0>、CG<1>と浮遊電極FG<00>〜FG<11>の電極間絶縁膜であるONO絶縁膜19−1、及びスリット18A<0>、スリット18A<1>に埋め込まれるスリット絶縁膜であるONO絶縁膜19−2が同一の絶縁膜を用いて、同時に堆積する工程となっている。この時、この実施形態で示した関係式、
スリット幅dF/膜厚dONO<1.6
を満たすように、スリット幅dF、膜圧dONOが形成される。
【0061】
そのため、スリット18A<0>、スリット18A<1>内部を絶縁膜19−2で完全に埋めることが出来るので、浮遊電極コーナー部25において制御電極に関して電界集中が起こらない。従って、電荷保持特性が向上し、電荷保持不良率をほぼ0%とすることが出来る。
【0062】
また、このように同一の絶縁膜を用いて、同時に電極間及びスリットを埋めることが出来るので、製造コストを削減し、製造速度を向上することが出来る。
【0063】
上述のように、電極間絶縁膜及びスリット内に埋め込まれるスリット絶縁膜を同一の絶縁膜を用いて、同時に製造する工程となっている。しかし、スリット18A<0>、スリット18A<1>を埋める目的のみで、酸化膜、シリコンナイトライド膜などの絶縁膜をまず堆積し、全面をRIE法でエッチングし、もしくはCMP法で浮遊電極間絶縁膜以外の絶縁膜を除去し、その後で、制御電極CG<0>、CG<1>と浮遊電極FG<00>〜FG<11>の電極間絶縁膜を、それと異なる絶縁膜を用いて堆積することも可能である。
【0064】
このように、電極間絶縁膜とスリット絶縁膜を別々の工程で堆積する場合は、前述の実施形態で示したスリット幅dFと電極間の膜厚dONOの関係式を満足しない大きいスリット幅を持つ場合でも電荷保持率を低下させることはない。このように別々に堆積する工程では、スリット18A<0>、スリット18A<1>内をスリットの幅にかかわらずに完全に絶縁膜で埋めることが出来るので、制御電極がこのスリット内に入り込むことがなく、制御電極と対向する浮遊電極コーナー部25において電界集中が発生しない。そのため、電荷保持特性を向上することが出来る。
【0065】
[第2の実施形態]
図7及び図8を用いて本発明に係る第2の一実施形態を説明する。以下の実施形態の説明において、上記第1の実施形態と同様の部分の説明は省略する。
【0066】
図7は図1に対応して制御電極CG(多結晶シリコン膜20及びWSi膜21)の配線長手方向に沿って形成された複数の不揮発性記憶素子MCの断面図である。図8は図7で示す不揮発性記憶素子MCの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【0067】
図7に示すように、STI埋め込み材であるシリコン酸化膜17の上面の略中央部に、例えばスリットの幅dFが80nm程度のスリット18Aが形成される。スリット18Aの内部には、低誘電率を有するシリコン酸化膜31が形成される。
【0068】
多結晶シリコン膜18と多結晶シリコン膜20の間に制御電極CGの長手方向に沿って、アルミナ(Al2O3)膜32が形成される。このアルミナ膜32は、少なくとも上記低誘電率を有するシリコン酸化膜31の誘電率よりも、高い誘電率を有する絶縁材料である。
【0069】
このように、本実施形態ではスリット18A内部に形成される絶縁膜と、浮遊電極FGと制御電極CGの間に形成される絶縁膜とが別個の材料で形成され、各絶縁膜の誘電率が相違するように形成される。
【0070】
まず、スリット18A内部に形成される絶縁膜と浮遊電極FGと制御電極CGの間に形成される絶縁膜とが別個に形成されることにより、スリット幅が広くてもスリット18A内部を完全に絶縁膜で埋め込むが出来る。そのため、スリット18A内部に制御電極CGが入り込むことはない。その結果、第1の実施形態と同様に浮遊電極コーナー部25に電界が集中することを回避し、電荷保持特性を向上することが出来る。
【0071】
更に各絶縁膜の誘電率が相違するように形成される。つまり、スリット18A内部には、誘電率の低い絶縁材料であるシリコン酸化膜32が充填されるように形成される。そのため、制御電極CGに沿って隣接する浮遊電極FG相互の容量結合によるデータの干渉効果も最小限に抑制することが出来る。ここで、浮遊電極FG相互の容量結合によるデータ干渉効果とは、浮遊電極FGの電気的状態により隣接する浮遊電極FGのスレッシュホールド電圧が影響を受ける効果をいう。例えば、浮遊電極FGに電子が注入されているか否かで、隣接する浮遊電極FGのスレッシュホールド電圧等が影響を受けることをいう。従って、この効果が大きいと各不揮発性記憶素子MCのスレッシュホールド電圧の制御性が低下する。しかし、スリット18A内部には誘電率の低い絶縁材料であるシリコン酸化膜32が形成される。よって、隣接する浮遊電極FG間の電気的作用を最小限に抑えることが出来る。その結果、上記データ干渉効果を最小限に抑制することが出来、各不揮発性記憶素子MCの信頼性を向上することが出来る。
【0072】
さらに、多結晶シリコン層18と多結晶シリコン層20との間に形成される絶縁膜は、誘電率の高い絶縁材料であるアルミナ膜32により形成される。従って、浮遊電極FGと制御電極CG間の容量結合が高くなる。その結果、制御電極CGに印加される書き込み、読み出し時の制御電圧を低減することが出来る。
【0073】
尚、前記スリット18A内部に形成されるスリット絶縁膜は、なるべく誘電率の低い絶縁材料が望ましい。従って通常の熱酸化により形成されたシリコン酸化膜よりも、例えば塗布法により堆積形成されるシリコン酸化膜等により形成されることが望ましい。しかし、誘電率が低い材料であればシリコン絶縁膜31に限らず、他の絶縁材料によっても適用可能である。
【0074】
さらに、多結晶シリコン膜20と多結晶シリコン膜18との間に形成される絶縁材料はAl2O3(アルミナ)膜32の他、例えばTa2O5(タンタルオキサイド)膜等を適用することが出来る。浮遊電極FGの電荷が制御電極CGにリークしないように十分な絶縁性を有していることが求められていることを考慮すると、現状の技術においてはAl2O3(アルミナ)膜32の方がより好ましい。さらに、高誘電率の膜でリーク電流が一定の値以下であればよいことを考慮すると、例えばシリコン窒化膜等でも適用可能である。この場合、例えばJVD(Jet Vapor Deposition)法を用いたリーク電流の少ない堆積方法を用いたシリコン窒化膜等が適用される。また、これら誘電率の高い単層の膜を用いる場合に比較すると浮遊電極FGと制御電極CG間の容量結合は小さくはなるが、ONO絶縁膜(酸化膜/窒化膜/酸化膜)等の複数層構造の膜を用いることも可能である。
【0075】
以下、図8(a)乃至図8(c)を用いて、図7で示した不揮発性半導体記憶装置の製造工程の一例を説明する。
【0076】
先ず、図8(a)において、第1の実施形態と同様の方法により、シリコン基板11の主表面上に、シリコン酸化膜12、多結晶シリコン膜13、シリコンナイトライド膜14、シリコン酸化膜15、シリコン酸化膜16、及びSTI埋め込み材となるシリコン酸化膜17を形成する。
【0077】
次に、図8(b)において、減圧CVD法によりリンが添加されて浮遊電極となる多結晶シリコン膜18を堆積する。さらに、この多結晶シリコン膜18をRIE法によりをフォトレジストのマスクを用いて加工し、シリコン酸化膜17の上面の略中央にスリット18Aを形成する。この時、スリット18Aのスリット幅は例えば80nm程度である。さらに、例えば塗布法を用いてスリット18Aの内部に低誘電率の低誘電率を有するシリコン酸化膜31を形成する。
【0078】
次に、図8(c)において、例えばCVD法によりアルミナ膜32を形成する。以下、第1の実施形態と同様の製造工程により、図7で示した不揮発性半導体記憶装置を形成することが出来る。
【0079】
[第3の実施形態]
図9及び図10を用いて本発明に係る第3の一実施形態を説明する。
【0080】
図9は制御電極CGの配線長手方向に沿って形成された複数の不揮発性記憶素子MCの断面図である。図10は図9で示す不揮発性記憶素子MCの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【0081】
図9に示すように、STI埋め込み材であるシリコン酸化膜17の上面の略中央部に、スリットの幅dFが例えば10nm程度のスリット18Aが形成される。スリット18Aの内部には低誘電率を有するシリコン酸化膜33が形成され、さらに多結晶シリコン膜20と多結晶シリコン膜18の間にも同一のシリコン酸化膜33が薄い膜厚で形成され、両者は一体として形成される。ここで、多結晶シリコン膜20と多結晶シリコン膜18との間に形成されるシリコン酸化膜33の膜厚は、例えば5〜6nm程度である。
【0082】
上記シリコン酸化膜33の上面には、アルミナ膜34が形成される。上記と同様にアルミナ膜34は高い誘電率を持つ絶縁材料である。
【0083】
スリット18Aの内部及び多結晶シリコン膜20と多結晶シリコン膜18の間に、シリコン酸化膜33が薄い膜厚で形成され、両者は一体として形成される。このように、スリット18A内部は誘電率の低い絶縁材料であるシリコン酸化膜20で埋められる。その結果、電荷保持特性を向上し、上記浮遊電極FG相互のデータ干渉効果を最小限にすることが出来る。
【0084】
多結晶シリコン膜20と多結晶シリコン膜18との間にも、低誘電率のシリコン酸化膜33が薄い膜厚で形成される。その結果、浮遊電極コーナー部25における電界集中を回避し、電荷保持特性をさらに向上することが出来る。
【0085】
上記薄く形成されたシリコン酸化膜33の上面には、高い誘電率を持つアルミナ膜34が形成される。その結果、浮遊電極FGと制御電極CG間の容量結合を高くすることにより、書き込み、読み出し時の制御電極CGに印加される動作電圧を低減することが出来る。
【0086】
さらに、多結晶シリコン20と多結晶シリコン18との間に形成されたシリコン酸化膜33の膜厚は、アルミナ膜34の膜厚に比べ薄く形成される。その結果、上記動作電圧を低減する効果と電荷保持特性を向上する効果とを両立することが出来る。
【0087】
さらに、多結晶シリコン膜20と多結晶シリコン膜18との間に形成されるシリコン酸化膜33の膜厚は、例えば5〜6nm程度である。従って、スリット18Aの幅dFが例えば10nm程度といった極めて小さな寸法の場合であってもスリット18A内部を埋め込むことが出来る。その結果、不揮発性記憶素子を高密度で配置できるとともに、電荷保持特性が向上し、隣接浮遊電極FG相互のデータ干渉効果を最小限にすることが出来る。このように、極めて小さい寸法においても有効な構造である。
【0088】
尚、上記と同様にシリコン酸化膜33は、なるべく誘電率の低い絶縁材料が望ましく、例えば塗布法により堆積形成されるシリコン酸化膜等でも適用可能である。さらに誘電率が低い材料であれば、他の絶縁材料によっても適用可能である。
【0089】
薄く形成されたシリコン酸化膜33の上面に形成されたアルミナ膜34においても同様に、例えばTa2O5(タンタルオキサイド)膜、シリコン窒化膜、ONO絶縁膜等を用いることも可能である。
【0090】
以下、図10(a)乃至図10(c)を用いて、図9で示した不揮発性半導体記憶装置の製造工程の一例を説明する。
【0091】
先ず、図10(a)において、第1の実施形態と同様の方法により、シリコン基板11の主表面上に、素子分離領域となる溝17Aを形成した後、シリコン酸化膜12、多結晶シリコン膜13、シリコンナイトライド膜14、シリコン酸化膜15、シリコン酸化膜16、及びSTI埋め込み材となるシリコン酸化膜17を順次形成する。
【0092】
次に、図10(b)において、CMP法によりシリコン酸化膜17を平坦化し、900℃程度の窒素雰囲気中で加熱する。さらに、バッファードHF溶液に10sec 程度浸して、150℃程度のリン酸処理によりシリコンナイトライド膜14を除去する。次に、ディリュートHF溶液でシリコン酸化膜17を20nm程度エッチングする。さらに、減圧CVD法によりリンが添加されて浮遊電極となる多結晶シリコン膜18を堆積する。さらに、この多結晶シリコン膜18をRIE法によりをフォトレジストのマスクを用いて加工し、シリコン酸化膜17の上面の略中央にスリット18Aを形成する。この時、スリット18Aのスリット幅は例えば10nm程度である。さらに、例えばCVD法を用いてスリット18Aの内部及び多結晶シリコン膜18の上面に、スリット18A内部を埋め込む工程なく同時に、低誘電率の低誘電率を有するシリコン酸化膜33を形成する。
【0093】
次に、図10(c)において、例えばCVD法によりアルミナ膜34を形成する。以下、第1の実施形態と同様の製造工程により、図9で示した不揮発性半導体記憶装置を形成することが出来る。
【0094】
この一実施形態に係る製造方法では、例えばCVD法を用いてスリット18Aの内部及び多結晶シリコン膜18の上面に、スリット18A内部を埋め込むと同時に、低誘電率の低誘電率を有するシリコン酸化膜33を形成する。従って、スリット18A内部を別に埋め込む工程を省略すること出来る。
【0095】
尚、以上第1乃至第3の実施形態において、浮遊電極FGは多結晶シリコン膜13と、その上面に形成されシリコン酸化膜16上のスリット18Aまでその両端が張り出した多結晶シリコン膜18により形成される。このように、多結晶シリコン膜18がスリット18Aまで張り出していることにより、制御電極CGとの対向面積を大きくとる事が出来る。その結果、容量結合比を大きくすることが出来る。
【0096】
[第4の実施形態]
図11及び図12を用いて本発明に係る第4の一実施形態を説明する。
【0097】
図11は制御電極CGの配線長手方向に沿って形成された複数の不揮発性記憶素子の断面図である。図12は図11で示す不揮発性記憶素子MCの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【0098】
図11に示すように、素子領域にシリコン酸化膜12の上に浮遊電極FGとなる多結晶シリコン膜13が形成される。浮遊電極FGはこの多結晶シリコン膜13のみで形成される。さらに、素子分離領域となる溝17Aの内部には、STI埋め込み材である低誘電率のシリコン酸化膜35が形成される。この素子分離領域となる溝17Aの幅は、例えば60nm程度である。さらに、制御電極CGに沿って上記多結晶シリコン膜13及びシリコン酸化膜35の上面に、アルミナ膜36が形成される。上記と同様に、アルミナ膜36は高い誘電率を持つ絶縁材料である。
【0099】
図11に示すように、多結晶シリコン膜13のみによって浮遊電極FGが形成される。これに対して、上記第1乃至第3の実施形態に係る浮遊電極FGは、多結晶シリコン13と、その上面に形成されシリコン酸化膜16のスリット18Aまでその両端が張り出した多結晶シリコン18により形成される。しかし、制御電極CGに沿って隣接する不揮発性記憶素子CMの間隔が微細化により小さくなると、上記のような構成をとることが困難となる場合がある。上記の間隔が小さくなると、制御電極CGに沿って隣接する不揮発性記憶素子間の絶縁性を十分に確保できない場合があるからである。
【0100】
しかし本実施形態においては、多結晶シリコン膜13は素子領域となる低誘電率のシリコン酸化膜35により分離され、このシリコン酸化膜35の上面に張り出すということはない。そのため微細化により、隣接する不揮発性記憶素子MCの間隔が小さくなった場合であっても、隣接する不揮発性記憶素子間の絶縁を十分に確保することが出来る。
【0101】
素子分離領域となる溝17Aの内部には、STI埋め込み材である低誘電率のシリコン酸化膜35が形成される。そのため、隣接する浮遊電極間だけでなく、浮遊電極と活性領域となるソース/ドレイン領域(図示せず)間、及びソース領域とドレイン領域(図示せず)間の結合容量を低減することが出来る。その結果、隣接不揮発性記憶素子間における上記干渉効果を低減することが出来る。
【0102】
尚、上記と同様に低誘電率のシリコン酸化膜35は、できるだけ誘電率の低い絶縁材料が望ましく、例えば塗布法により堆積形成されるシリコン酸化膜等でも適用可能である。さらに誘電率が低い材料であれば、他の絶縁材料によっても適用可能である。
【0103】
さらに上記シリコン酸化膜35の上面に形成されたアルミナ膜36においても同様に、誘電率の高い絶縁材料であることが望ましい。従って、例えばTa2O5(タンタルオキサイド)膜、シリコン窒化膜、ONO絶縁膜等を用いることが可能である。
【0104】
以下、図12(a)乃至図12(c)を用いて、図11で示した不揮発性半導体記憶装置の製造工程の一例を説明する。
【0105】
先ず、図12(a)において、第1の実施形態と同様の方法により、シリコン基板11の主表面上に、素子分離領域となる溝17Aを形成した後、シリコン酸化膜12、多結晶シリコン膜13、シリコンナイトライド膜14、シリコン酸化膜15、及びシリコン酸化膜16を順次形成する。その後、例えば塗布法(もしくはCVD法)によりSTI埋め込み材となる低誘電率のシリコン酸化膜35を形成する。
【0106】
次に、図12(b)において、例えばCMP法により低誘電率のシリコン酸化膜35をシリコンナイトライド膜14の表面まで平坦化し、その後900℃程度の窒素雰囲気中で加熱する。さらに、バッファード(Buffered)HF溶液に浸して、150℃程度のリン酸処理によりシリコンナイトライド膜14を除去する。次に、ディリュート(Dilute)HF溶液で低誘電率のシリコン酸化膜35を後退させる。
【0107】
次に、図12(c)において、例えばCVD法によりアルミナ膜36を多結晶シリコン13及び低誘電率のシリコン酸化膜35の上面に形成する。以下、第1の実施形態と同様の製造工程により、図11で示した不揮発性半導体記憶装置を形成することが出来る。
【0108】
この一実施形態に係る製造方法では、STI埋め込み材と隣接する浮遊電極FGとを分離する絶縁膜とを同時に低誘電率のシリコン酸化膜35により形成する。そのため、製造工程が簡略化し、製造コストを削減することが出来る。
【0109】
また、浮遊電極FGは多結晶シリコン13のみにより形成される。そのため、製造工程を簡略化し、製造コストを削減することが出来る。
【0110】
[第5の実施形態]
図13及び図14を用いて本発明に係る第5の一実施形態を説明する。
【0111】
図13は制御電極CGの配線長手方向に沿って形成された複数の不揮発性記憶素子の断面図である。図14は図13で示す不揮発性記憶素子の製造方法の一例を説明するための断面図である。
【0112】
図13に示すように、素子領域分離領域となる溝17Aの内部に低誘電率のシリコン酸化膜35が形成される。上記と同様に、シリコン酸化膜35は低い誘電率を持つ絶縁材料である。多結晶シリコン膜13の表面上に、シリコン酸化膜3の内部に制御電極CGの方向に沿って両端部が張り出した多結晶シリコン膜37が形成される。この多結晶シリコン膜37及び多結晶シリコン膜13の二層により浮遊電極が形成される。さらに、低誘電率のシリコン酸化膜35及び多結晶シリコン膜37の表面上に制御電極CGの方向に沿って、アルミナ膜36が形成される。上記と同様に、アルミナ膜36は高い誘電率を持つ絶縁材料である。
【0113】
上記多結晶シリコン膜37は、多結晶シリコン膜13の表面上にシリコン酸化膜3の内部に制御電極CGの方向に沿って両端部が張り出した形状で形成される。よって、制御電極CGとの対向面積を大きくとる事が出来る。その結果、容量結合比が増大することにより、制御電極CGに印加する閾値電圧を低減することが出来る。
【0114】
素子領域分離領域となる溝17Aの内部に低誘電率のシリコン酸化膜35が形成される。従って、隣接する浮遊電極FGの結合容量を低減することが出来る。
【0115】
シリコン酸化膜35及び多結晶シリコン膜37の表面上に制御電極CGの方向に沿って、高い誘電率を有するアルミナ膜36が形成される。その結果、制御電極CGと浮遊電極FGとの結合容量が増大することにより、制御電極CGに印加する閾値電圧を低減することが出来る。
【0116】
尚、上記と同様に低誘電率のシリコン酸化膜35は、誘電率の低い絶縁材料が望ましく、例えば塗布法により堆積形成されるシリコン酸化膜等でも適用可能である。さらに誘電率が低い材料であれば、他の絶縁材料によっても適用可能である。
【0117】
さらに上記シリコン酸化膜35の上面に形成されたアルミナ膜36においても同様に、誘電率の高い絶縁材料であることが望ましい。従って、例えばTa2O5(タンタルオキサイド)膜、シリコン窒化膜、ONO絶縁膜等を用いることが可能である。
【0118】
以下、図14(a)乃至図14(c)を用いて、図13で示した不揮発性半導体記憶装置の製造工程の一例を説明する。
【0119】
先ず、図14(a)において、上記第1の実施形態と同様の方法により、シリコン基板11の主表面上に、素子分離領域となる溝17Aを形成した後、シリコン酸化膜12、多結晶シリコン膜13、シリコンナイトライド膜14、シリコン酸化膜15、及びシリコン酸化膜16を順次形成する。その後、例えば塗布法によりSTI埋め込み材となる低誘電率のシリコン酸化膜35を形成する。
【0120】
次に、図14(b)において、例えばCMP法によりシリコンナイトライド膜14をストッパとして用い、低誘電率のシリコン酸化膜35を平坦化し、シリコンナイトライド膜14の表面まで平坦化し、その後900℃程度の窒素雰囲気中で加熱する。さらに、バッファード(Buffered)HF溶液に浸して、150℃程度のリン酸処理によりシリコンナイトライド膜14を除去する。
【0121】
次に、図14(c)において、ディリュート(Dilute)HF溶液で低誘電率のシリコン酸化膜35を等方的に後退させる。
【0122】
さらに、例えばCVD法により多結晶シリコン膜37を全面に堆積形成する。さらに、例えばCMP法によりシリコン酸化膜35及び多結晶シリコン膜37を平坦化する。
【0123】
次に、図14(d)において、例えばCVD法によりアルミナ膜36を多結晶シリコン及び低誘電率のシリコン酸化膜35の上面に形成する。以下、第1の実施形態と同様の製造工程により、図13で示した不揮発性半導体記憶装置を形成することが出来る。
【0124】
この一実施形態に係る製造方法では、シリコン酸化膜35の中央部が残るようにシリコン酸化膜35の両端部を除去する。さらに、例えばCVD法により多結晶シリコン膜37を全面に堆積形成する。さらに、例えばCMP法によりシリコン酸化膜35及び多結晶シリコン膜37を平坦化する。このように、多結晶シリコン37の両端が張り出した構造を自己整合的に形成することが出来る。その結果、浮遊電極FGを分離する溝17Aの幅が狭い場合であっても、多結晶シリコン37張り出す構造を形成することが出来る。上記のように多結晶シリコン37が張り出す構造により、浮遊電極FGと制御電極CG間の容量結合を増大することが出来る。
【0125】
[第6の実施形態]
以下、図15及び図16を用いて本発明に係る第5の一実施形態を説明する。
【0126】
図15は制御電極CGの配線長手方向に沿って形成された複数の不揮発性記憶素子の断面図である。図16は図15で示す不揮発性記憶素子の製造方法の一例を説明するための断面図である。
【0127】
図15に示すように、素子領域分離領域となる溝17Aの内部に低誘電率のシリコン酸化膜38の上面が、隣接する多結晶シリコン膜18の上面よりも高くなるように形成される。シリコン酸化膜38は低い誘電率を持つ絶縁材料である。このシリコン酸化膜38及び多結晶シリコン膜18の表面上に制御電極CGの方向に沿って、アルミナ膜39が形成される。アルミナ膜39は高い誘電率を持つ絶縁材料である。
【0128】
素子領域分離領域となる溝17Aの内部に低誘電率のシリコン酸化膜38の上面が、隣接する多結晶シリコン膜18の上面よりも高くなるように形成される。従って、溝17Aの内部に制御電極CGが入り込むことがない。その結果、浮遊電極の角での電界が集中することを回避することが出来る。さらに、シリコン酸化膜37は低誘電率の絶縁材料により形成される。従って、隣接する浮遊電極FG間の結合容量を低減することが出来る。以上のようなシリコン酸化膜38の構造により、不揮発性記憶素子の信頼性をより向上することが出来る。従って、溝17Aの幅が例えば100nm程度以下であっても適用することが出来る。
【0129】
さらに、シリコン酸化膜38及び多結晶シリコン膜18の表面上に制御電極CGの方向に沿って、高い誘電率を有するアルミナ膜36が形成される。その結果、制御電極CGと浮遊電極FGとの結合容量が増大することにより、制御電極CGに印加する電圧を低減することが出来る。
【0130】
尚、上記と同様に低誘電率のシリコン酸化膜35は、誘電率の低い絶縁材料が望ましく、例えば塗布法により堆積形成されるシリコン酸化膜等でも適用可能である。さらに誘電率が低い材料であれば、他の絶縁材料によっても適用可能である。
【0131】
さらに上記シリコン酸化膜35の上面に形成されたアルミナ膜36においても同様に、誘電率の高い絶縁材料であることが望ましい。従って、例えばTa2O5(タンタルオキサイド)膜、シリコン窒化膜、ONO絶縁膜等を用いることが可能である。
【0132】
以下、図16(a)乃至図16(c)を用いて、図15で示した不揮発性半導体記憶装置の製造工程の一例を説明する。
【0133】
先ず、図16(a)において、上記第1の実施形態と同様の方法により、シリコン基板11の主表面上に、素子分離領域となる溝17Aを形成した後、シリコン酸化膜12、多結晶シリコン膜13、シリコンナイトライド膜14、シリコン酸化膜15、及びシリコン酸化膜16を順次形成する。その後、例えば塗布法によりSTI埋め込み材となる低誘電率のシリコン酸化膜38を形成する。
【0134】
次に、図16(b)において、例えばCMP法によりシリコンナイトライド膜14をストッパとして用い、低誘電率のシリコン酸化膜35を平坦化し、シリコンナイトライド膜14の表面まで平坦化し、その後900℃程度の窒素雰囲気中で加熱する。さらに、バッファード(Buffered)HF溶液に浸して、150℃程度のリン酸処理によりシリコンナイトライド膜14を除去する。
【0135】
次に、図16(c)において、例えばCVD法により多結晶シリコン膜18を全面に堆積形成する。さらに、例えばCMP法によりシリコン酸化膜38をストッパとして、シリコン酸化膜38及び多結晶シリコン膜18を平坦化する。例えば全面RIE法により多結晶シリコン膜18の上部の一部を除去し落とし込む。このようにして、シリコン酸化膜38の上面が多結晶シリコン膜18の上面よりも、上方にある構造を形成する。
【0136】
次に、図16(d)において、例えばCVD法によりアルミナ膜36を多結晶シリコン膜18及び低誘電率のシリコン酸化膜38の上面に形成する。以下、第1の実施形態と同様の製造工程により、図15で示した不揮発性半導体記憶装置を形成することが出来る。
【0137】
以上、第1乃至第6の実施の形態を用いて本発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも1つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0138】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、電荷保持性の良い浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る、浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置の断面構造を図3のI −I 線に沿って切断して矢印方向に見た断面図。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る、浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置の断面構造を図3のII−II線に沿って切断して矢印方向に見た断面図。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る、浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置のレイアウトを模式的に示した平面図。
【図4】本発明の第1の実施形態に係る、電荷保持特性不良率のスリット幅/膜厚依存性を示すグラフ。
【図5】本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一例を図1に示した断面構造に関して説明するための工程図。
【図6】本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一例を図2に示した断面構造に関して説明するための工程図。
【図7】本発明の第2の実施形態に係る、浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置の断面図。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る、不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一例を図7の断面構造に関して説明するための工程図。
【図9】本発明の第3の実施形態に係る、浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置の断面図。
【図10】本発明の第3の実施形態に係る、不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一例を図9の断面構造に関して説明するための工程図。
【図11】本発明の第4の実施形態に係る、浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置の断面図。
【図12】本発明の第4の実施形態に係る、不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一例を図11の断面構造に関して説明するための工程図。
【図13】本発明の第5の実施形態に係る、浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置の断面図。
【図14】本発明の第5の実施形態に係る、不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一例を図14の断面構造に関して説明するための工程図。
【図15】本発明の第6の実施形態に係る、浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置の断面図。
【図16】本発明の第6の実施形態に係る、不揮発性半導体記憶装置の製造方法の一例を図15の断面構造に関して説明するための工程図。
【図17】従来の浮遊電極を有する不揮発性半導体記憶装置の断面図。
【符号の説明】
11…シリコン基板、12…シリコン酸化膜、13…多結晶シリコン膜、16…シリコン酸化膜、17…シリコン酸化膜、17A…素子分離領域となる溝、18…多結晶シリコン膜、18A…スリット、19−1,19−2…ONO絶縁膜、20…多結晶シリコン膜、21…WSi膜、22…シリコン酸化膜。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a nonvolatile semiconductor memory device having a slit insulated by an insulating film between floating electrodes of adjacent nonvolatile memory elements.
[0002]
[Prior art]
As a conventional nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode, there is one as shown in FIG. 17 (for example, see Patent Document 1). The nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 17 includes a
[0003]
The first
[0004]
However, the conventional nonvolatile semiconductor memory device has a structure in which the
[0005]
As a result, an electric field concentrates on the floating
[0006]
[Patent Document 1]
JP, 2002-016154, A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional nonvolatile semiconductor memory device has a structure in which a control electrode enters into an insulating slit between floating electrodes of adjacent cells on an element isolation region.
[0008]
Therefore, an electric field is concentrated at the corner of the floating electrode in the slit, and there is a problem that the charge retention characteristics of stored information are poor.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a nonvolatile semiconductor memory device having good charge retention characteristics and a method of manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention includes a plurality of nonvolatile memory elements formed in element regions each separated by an element isolation region on a main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type; Each of the nonvolatile memory elements includes a gate insulating film formed on a main surface of the semiconductor substrate, a plurality of floating electrodes formed on the gate insulating film along a first direction, and a floating electrode. A second conductivity type impurity diffusion region formed along the second direction so as to sandwich the control electrode, and a control electrode formed on the plurality of floating electrodes via an inter-electrode insulating film; A plurality of slits are formed between a plurality of floating electrodes adjacent to each other along a direction, and a slit insulating layer is embedded in each of the plurality of slits. The first through the layer Along to be formed across the floating electrode of the plurality of nonvolatile storage elements adjacent along said first direction to direction, configured as characterized.
[0011]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming first and second element formation regions separated by an element isolation region on a main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type; First and second gate insulating films are respectively formed in first and second element forming regions, and are respectively formed on the first and second gate insulating films while being separated by slits on the element separating regions. First and second floating electrodes are formed, and a slit insulating layer having substantially the same thickness as the first and second floating electrodes is formed in the slit. An inter-electrode insulating film is formed on the second floating electrode, and a common control electrode is formed on the inter-electrode insulating film over the first and second floating electrodes.
[0012]
According to the above configuration, the control electrode does not enter the slit between the adjacent floating electrodes. Therefore, an electric field is not concentrated on the corner of the floating electrode in the slit, and a nonvolatile semiconductor memory device with good charge retention and a method for manufacturing the same can be provided.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode formed on a main surface of a silicon substrate will be described below with reference to the drawings. In this description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
[0014]
[First Embodiment]
Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a sectional view taken along line II in the plan view of FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in the plan view of FIG. 3 and viewed in the direction of the arrow. FIG. 3 is a plan view of the nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention.
[0015]
As shown in FIG. 1, a
[0016]
On the
[0017]
On this ONO insulating film 19-1, a
[0018]
As shown in FIGS. 2 and 3, a
[0019]
On the
[0020]
On this ONO insulating film 19-1, a
[0021]
Here, a plan layout of the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment having the cross-sectional structure shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to the plan view of FIG. That is, a plurality of non-volatile semiconductors formed along the control electrodes CG <0> and CG <1> are formed in the element formation region separated from the
[0022]
Further, a
[0023]
Further, the nonvolatile memory elements MC <00> to MC <11> have floating electrodes FG <00> to FG <11> and control electrodes CG <0> and CG <1>, respectively.
[0024]
The floating electrodes FG <00> to FG <11> are formed in the regions of the nonvolatile memory elements MC <00> to MC <11>, respectively, and a polycrystalline silicon film is formed on the
[0025]
Between the floating electrodes FG <00> to FG <11> and the control electrodes CG <0> and CG <1>, ONO insulating films 19-1 <0> and 19-1 <1 serving as inter-electrode insulating films. > Is formed.
[0026]
On the other hand, the control electrode CG includes a
[0027]
A
[0028]
As shown in FIG. 1, an ONO insulating film 19-2 is formed inside the
[0029]
With the above configuration, the inter-electrode insulating film ONO insulating film 19-1 completely fills and fills the inside of the
[0030]
Next, the operation of each element will be described using the case of the nonvolatile memory element MC <11> as an example.
[0031]
The write operation will be described. First, the
[0032]
Further, when a high potential is applied to the control electrode CG <1>, hot electrons generated by the high potential applied between the source and the drain, that is, between the impurity diffusion layers 24-2 to 24-3, generate control electrons CG <1>. The high voltage of 1> is injected into the floating electrode FG <11>. Alternatively, an FN current is generated by the high voltage of the control electrode CG <1>, and electrons are injected into the floating electrode FG <11>.
[0033]
Thus, the nonvolatile memory element MC <11> is selectively written. Further, the electrons injected into the floating electrode FG <11> are kept as they are. Therefore, the written information is maintained without a rewrite operation.
[0034]
Next, a read operation will be described. First, the
[0035]
On the other hand, assuming that no electrons have been injected into the floating electrode <11>, a channel is easily formed between the source and the drain, a current flows, and the storage element MC <11> is turned on. In this manner, the presence / absence of a current in the drain region of the nonvolatile memory element MC <11>, that is, in the impurity diffusion layer 24-3, is read by a sense amplifier or the like connected to the memory element MC <11>. Read the information written in.
[0036]
Next, the erasing operation will be described. The erasing operation is a collective erasing of all the nonvolatile memory elements MC <00> to MC <11>. That is, a positive potential is applied to all the impurity diffusion layers 24 which are to be the drain region and the source region. Further, a negative potential is applied to all control electrodes CG <0> and CG <1>. As a result, the retained electrons are pulled out from all the floating electrodes FG <00> to FG <11> to the
[0037]
As described above, the ONO insulating film 19-2 is formed inside the
[0038]
As described above, according to this embodiment, no matter how wide the
[0039]
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the slit insulating film 19-2 filling the inside of the
[0040]
On the other hand, the width of the
[0041]
Even in such a case, in order to sufficiently exhibit the effect of the present embodiment, the width d of the
[0042]
FIG. 4 shows the slit width d against the charge retention characteristic failure rate. F /
[0043]
As shown in FIG. 4, for example, in a conventional nonvolatile semiconductor memory element having a structure as shown in FIG. F / Thickness d ONO = 4. Therefore, a charge retention characteristic defect rate of about 8% occurs.
[0044]
On the other hand, in the present embodiment, when the slit insulating film 19-2 and the inter-electrode insulating film 19-1 are simultaneously deposited with the same material, the slit width d F / Thickness d ONO It can be seen from FIG. 4 that it is desirable to be <1.6. In this case, the defect rate of the charge retention characteristics is almost 0%, and extremely good charge retention characteristics are exhibited.
[0045]
This inequality, slit width d F / Thickness d ONO <1.6 shows that the thickness d ONO Slit width d using an insulating film having F This is a condition under which the
[0046]
That is, in general, the film thickness in the slit width direction deposited on the
[0047]
On the other hand, when the inter-electrode insulating film 19-1 is ideally deposited on the side surface of the
[0048]
However, the floating electrode slit width d F Is the film pressure d ONO If it is smaller than 1.6 times, the inside of the
[0049]
Further, according to this condition, an effect of suppressing variation in the threshold distribution for each cell, that is, for each nonvolatile memory element can be expected. That is, since the radius of curvature of the corner of the floating electrode on the side facing the control electrode differs for each cell, if the corner is used for holding charges, the writing / erasing speed also changes for each cell. As a result, the threshold distribution of each cell varies. However, in this embodiment, the floating
[0050]
In this embodiment, the case where the ONO insulating film is used as the inter-electrode insulating film and the inter-slit insulating film has been described. Can obtain the same effect.
[0051]
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 will be described with reference to FIGS.
[0052]
First, referring to FIGS. 5A and 6A, an O.sub. 2 The first
[0053]
Next, in FIGS. 5B and 6B, the
[0054]
Next, in FIG. 5C and FIG. 6C, the
[0055]
Further, phosphorus is added by a low pressure CVD method to deposit a
[0056]
5D and 6D, the ONO insulating films 19-1 and 19-2 (a silicon oxide film of about 5 nm, a silicon nitride film of about 5 nm, and a silicon oxide film of about 5 nm are formed by a low pressure CVD method. A
[0057]
Next, in FIG. 6E, using the
[0058]
Through the above manufacturing steps, the nonvolatile memory elements MC <00> to MC <11> are formed.
[0059]
As shown in FIG. 5D, the inside of the
[0060]
Further, the manufacturing method according to the present embodiment includes an ONO insulating film 19-1, which is an inter-electrode insulating film of the control electrodes CG <0>, CG <1> and the floating electrodes FG <00> to FG <11>, and a slit. The ONO insulating film 19-2, which is a slit insulating film embedded in the
Slit width d F / Thickness d ONO <1.6
So that the slit width d F , Membrane pressure d ONO Is formed.
[0061]
Therefore, the insides of the
[0062]
In addition, since the same insulating film can be used to fill the gap between the electrodes and the slit at the same time, the manufacturing cost can be reduced and the manufacturing speed can be improved.
[0063]
As described above, the inter-electrode insulating film and the slit insulating film embedded in the slit are simultaneously manufactured using the same insulating film. However, only for the purpose of filling the
[0064]
As described above, when the inter-electrode insulating film and the slit insulating film are deposited in different steps, the slit width d shown in the above-described embodiment is used. F And the film thickness d between the electrodes ONO Even if the slit has a large width that does not satisfy the relational expression, the charge retention rate is not reduced. In such a separate deposition process, the inside of the
[0065]
[Second embodiment]
A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description of the embodiment, the description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
[0066]
FIG. 7 is a cross-sectional view of a plurality of nonvolatile memory elements MC formed along the wiring longitudinal direction of control electrodes CG (
[0067]
As shown in FIG. 7, for example, a slit width d is formed at a substantially central portion of the upper surface of the
[0068]
Between the
[0069]
As described above, in this embodiment, the insulating film formed inside the
[0070]
First, since the insulating film formed inside the
[0071]
Further, the insulating films are formed so that the dielectric constants thereof are different. That is, the inside of the
[0072]
Further, an insulating film formed between the
[0073]
The slit insulating film formed inside the
[0074]
Further, the insulating material formed between the
[0075]
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 8A to 8C.
[0076]
First, in FIG. 8A, a
[0077]
Next, in FIG. 8B, a
[0078]
Next, in FIG. 8C, an alumina film 32 is formed by, for example, a CVD method. Hereinafter, the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 7 can be formed by the same manufacturing steps as in the first embodiment.
[0079]
[Third Embodiment]
A third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0080]
FIG. 9 is a cross-sectional view of a plurality of nonvolatile memory elements MC formed along the wiring longitudinal direction of the control electrode CG. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing the nonvolatile memory element MC shown in FIG.
[0081]
As shown in FIG. 9, a slit width d is formed substantially at the center of the upper surface of the
[0082]
An
[0083]
A thin
[0084]
A low dielectric constant
[0085]
An
[0086]
Further, the thickness of the
[0087]
Further, the thickness of the
[0088]
Note that, similarly to the above, the
[0089]
Similarly, the
[0090]
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 9 will be described with reference to FIGS. 10A to 10C.
[0091]
First, in FIG. 10A, a
[0092]
Next, in FIG. 10B, the
[0093]
Next, in FIG. 10C, an
[0094]
In the manufacturing method according to the embodiment, the inside of the
[0095]
In the first to third embodiments, the floating electrode FG is formed by the
[0096]
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0097]
FIG. 11 is a cross-sectional view of a plurality of nonvolatile memory elements formed along the wiring longitudinal direction of the control electrode CG. FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing the nonvolatile memory element MC shown in FIG.
[0098]
As shown in FIG. 11, a
[0099]
As shown in FIG. 11, floating electrode FG is formed only by
[0100]
However, in the present embodiment, the
[0101]
A low-dielectric-constant
[0102]
Similarly to the above, the
[0103]
Similarly, the
[0104]
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 11 will be described with reference to FIGS. 12A to 12C.
[0105]
First, in FIG. 12A, a
[0106]
Next, in FIG. 12B, the
[0107]
Next, in FIG. 12C, an
[0108]
In the manufacturing method according to this embodiment, the insulating film for separating the STI filling material and the adjacent floating electrode FG is simultaneously formed of the
[0109]
Floating electrode FG is formed only of
[0110]
[Fifth Embodiment]
A fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0111]
FIG. 13 is a cross-sectional view of a plurality of nonvolatile memory elements formed along the wiring longitudinal direction of the control electrode CG. FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing the nonvolatile memory element shown in FIG.
[0112]
As shown in FIG. 13, a
[0113]
The
[0114]
A
[0115]
An
[0116]
Note that, similarly to the above, the low dielectric constant
[0117]
Similarly, the
[0118]
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 13 will be described with reference to FIGS.
[0119]
First, in FIG. 14A, a
[0120]
Next, in FIG. 14B, using the
[0121]
Next, in FIG. 14 (c), the
[0122]
Further, a
[0123]
Next, in FIG. 14D, an
[0124]
In the manufacturing method according to this embodiment, both end portions of the
[0125]
[Sixth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0126]
FIG. 15 is a cross-sectional view of a plurality of nonvolatile memory elements formed along the wiring longitudinal direction of the control electrode CG. FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing the nonvolatile memory element shown in FIG.
[0127]
As shown in FIG. 15, the upper surface of the low-dielectric-constant
[0128]
The upper surface of the low-dielectric-constant
[0129]
Further, an
[0130]
Note that, similarly to the above, the low dielectric constant
[0131]
Similarly, the
[0132]
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 15 will be described with reference to FIGS. 16A to 16C.
[0133]
First, in FIG. 16A, a
[0134]
Next, in FIG. 16B, the
[0135]
Next, in FIG. 16C, a
[0136]
Next, in FIG. 16D, an
[0137]
As described above, the present invention has been described using the first to sixth embodiments. However, the present invention is not limited to each of the above-described embodiments. It is possible to transform to Also, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent features. For example, even if some components are deleted from all the components shown in each embodiment, at least one of the problems described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved and the effects described in the column of the effect of the invention can be solved. In a case where at least one of the effects described above is obtained, a configuration in which this component is deleted can be extracted as an invention.
[0138]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode with good charge retention and a method of manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cross-sectional structure of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode according to a first embodiment of the present invention, taken along line II of FIG.
FIG. 2 is a sectional view of the nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode according to the first embodiment of the present invention, taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a plan view schematically showing a layout of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the dependency of the charge retention characteristic failure rate on the slit width / film thickness according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a process chart for explaining an example of a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention with reference to the cross-sectional structure shown in FIG.
FIG. 6 is a process chart for explaining an example of a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention with reference to the cross-sectional structure shown in FIG. 2;
FIG. 7 is a cross-sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a process chart for explaining an example of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention with reference to the cross-sectional structure of FIG. 7;
FIG. 9 is a sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a process chart for describing an example of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention with reference to the cross-sectional structure of FIG. 9;
FIG. 11 is a sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a process chart for explaining an example of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention with reference to the cross-sectional structure of FIG. 11;
FIG. 13 is a sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a process chart for explaining an example of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention with reference to the cross-sectional structure of FIG. 14;
FIG. 15 is a sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a process chart for explaining an example of a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the sixth embodiment of the present invention with reference to the cross-sectional structure of FIG. 15;
FIG. 17 is a cross-sectional view of a conventional nonvolatile semiconductor memory device having a floating electrode.
[Explanation of symbols]
11 silicon substrate, 12 silicon oxide film, 13 polycrystalline silicon film, 16 silicon oxide film, 17 silicon oxide film, 17A groove serving as element isolation region, 18 polycrystalline silicon film, 18A slit 19-1, 19-2: ONO insulating film, 20: polycrystalline silicon film, 21: WSi film, 22: silicon oxide film.
Claims (22)
前記不揮発性記憶素子の夫々は、
前記半導体基板の主表面上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に第1の方向に沿って形成された複数の浮遊電極と、
前記浮遊電極を挟むように第2の方向に沿って形成された第2導電型の不純物拡散領域と、
前記複数の浮遊電極上に電極間絶縁膜を介して形成された制御電極とを具備し、
前記第1の方向に沿って隣接する複数の浮遊電極の間には複数のスリットが形成され、前記複数のスリット内にはスリット絶縁層が夫々埋め込まれ、前記電極間絶縁膜及び制御電極は前記スリット絶縁層を介して隣接する複数の不揮発性記憶素子の浮遊電極上に跨って前記第1の方向に沿って形成されること
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。A plurality of non-volatile memory elements formed on element regions each separated by an element isolation region on a main surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type;
Each of the non-volatile storage elements,
A gate insulating film formed on a main surface of the semiconductor substrate,
A plurality of floating electrodes formed on the gate insulating film along a first direction;
A second conductivity type impurity diffusion region formed along the second direction so as to sandwich the floating electrode;
And a control electrode formed on the plurality of floating electrodes via an inter-electrode insulating film,
A plurality of slits are formed between a plurality of floating electrodes adjacent along the first direction, a slit insulating layer is embedded in each of the plurality of slits, and the inter-electrode insulating film and the control electrode are A nonvolatile semiconductor memory device formed along the first direction over a floating electrode of a plurality of nonvolatile memory elements adjacent to each other with a slit insulating layer interposed therebetween.
を特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the slit insulating layer embedded in the slit is formed of the same insulating material as the inter-electrode insulating film.
を特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。2. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the slit insulating layer embedded in the slit is formed of an insulating material different from the inter-electrode insulating film.
を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a width of the slit is 1.6 times or less a thickness of the inter-electrode insulating film. 5.
を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。5. The method according to claim 1, wherein the inter-electrode insulating film or the slit insulating film includes at least one of an ONO insulating film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
を特徴とする請求項1,請求項3又は請求項4に記載の不揮発性半導体記憶装置。2. The slit insulating film is formed from a first insulating film having a low dielectric constant, and the inter-electrode insulating film is formed from a second insulating film having a high dielectric constant. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3 or 4.
を特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置。The first insulating film, the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, characterized in that it is formed to include at least one of SiO 2 SiO 2 or a low dielectric constant.
を特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置。The second insulating film, Al 2 O 3, Ta 2 O 5, or ONO insulating film nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, characterized in that it is formed to include at least one of .
を特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。The slit insulating film and the inter-electrode insulating film are formed from the first insulating film, and the second insulating film is formed on the first insulating film along the first direction. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, wherein:
を特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。The element isolation film is formed by the first insulating film, has a plurality of floating electrodes separated by the first insulating film, and the second insulating film is formed by the first insulating film and the plurality of floating electrodes. 9. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is formed on an upper surface of the floating electrode.
を特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。Further, the plurality of floating electrodes have a two-layer structure formed by a first floating electrode layer formed on the gate insulating film and a second floating electrode layer formed on the first floating electrode. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
を特徴とする請求項11に記載の不揮発性半導体記憶装置。12. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein both ends of said second floating electrode layer are formed so as to protrude inside said element isolation film along said first direction.
を特徴とする請求項11に記載の不揮発性半導体記憶装置。12. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein an upper surface of said first insulating film is formed above an upper surface of said second floating electrode layer.
前記第1,第2の素子形成領域中にそれぞれ第1、第2のゲート絶縁膜を形成し、
前記素子分離領域上でスリットにより分離された状態で前記第1,第2のゲート絶縁膜上に夫々第1,第2の浮遊電極を形成し、
前記スリット内に前記第1,第2の浮遊電極と略同じ厚さを持つスリット絶縁層を形成し、
前記スリット絶縁膜上および前記第1,第2の浮遊電極上に電極間絶縁膜を形成し、
前記電極間絶縁膜上に前記第1,第2の浮遊電極に跨って共通に制御電極を形成すること
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。Forming first and second element formation regions separated by an element isolation region on a main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type;
Forming first and second gate insulating films in the first and second element formation regions, respectively;
Forming first and second floating electrodes on the first and second gate insulating films in a state where the first and second gate insulating films are separated from each other by the slit on the element isolation region;
Forming a slit insulating layer having substantially the same thickness as the first and second floating electrodes in the slit,
Forming an inter-electrode insulating film on the slit insulating film and on the first and second floating electrodes;
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: forming a common control electrode on the inter-electrode insulating film over the first and second floating electrodes.
前記ゲート絶縁膜材上に第1の浮遊電極材を堆積し、
前記第1の浮遊電極材及びゲート絶縁膜材をパターニングしてゲート絶縁膜および第1の浮遊電極を形成するとともに、前記半導体基板内に素子分離溝を形成し、
前記素子分離溝内に素子分離絶縁膜を埋め込み、素子分離領域を形成し、
前記第1の浮遊電極上及び前記素子分離絶縁膜上に第2の浮遊電極材を形成し、
前記第2の浮遊電極材をパターニングし、前記素子分離絶縁膜上で絶縁スリットを介して互いに絶縁された2つの第2の浮遊電極を前記第1の浮遊電極上に形成し、
前記絶縁スリットが埋まるようにスリット絶縁膜を形成し、
前記スリット絶縁膜および前記第2の浮遊電極上に電極間絶縁膜材および制御電極材を順次堆積し、
前記制御電極材をパターニングして前記スリット絶縁膜および第2の浮遊電極上に共通に制御電極を形成すること
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。Depositing a gate insulating film material on the main surface of the semiconductor substrate,
Depositing a first floating electrode material on the gate insulating film material;
Patterning the first floating electrode material and the gate insulating film material to form a gate insulating film and a first floating electrode, and forming an element isolation groove in the semiconductor substrate;
An element isolation insulating film is buried in the element isolation trench to form an element isolation region,
Forming a second floating electrode material on the first floating electrode and on the element isolation insulating film;
Patterning the second floating electrode material, forming two second floating electrodes insulated from each other via an insulating slit on the element isolation insulating film on the first floating electrode;
Forming a slit insulating film to fill the insulating slit,
An inter-electrode insulating film material and a control electrode material are sequentially deposited on the slit insulating film and the second floating electrode,
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: patterning the control electrode material to form a control electrode in common on the slit insulating film and the second floating electrode.
を特徴とする請求項15に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。16. The non-volatile memory according to claim 15, wherein a gate sidewall insulating film is formed on a side surface of the control electrode, the inter-electrode insulating film, the second floating electrode, and the first floating electrode exposed by the patterning. Of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
前記絶縁スリットが埋まるようにスリット絶縁膜と、前記電極間絶縁膜とを同時に形成すること
を特徴とする請求項15又は請求項16に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。After patterning the second floating electrode material and forming two second floating electrodes insulated from each other via an insulating slit on the element isolation insulating film on the first floating electrode,
17. The method according to claim 15, wherein the slit insulating film and the inter-electrode insulating film are formed simultaneously so as to fill the insulating slit.
前記絶縁スリットが埋まるように誘電率の低い第1の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の浮遊電極上に誘電率の高い第2の絶縁膜を形成すること
を特徴とする請求項15又は請求項16に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。After patterning the second floating electrode material and forming two second floating electrodes insulated from each other via an insulating slit on the element isolation insulating film on the first floating electrode,
Forming a first insulating film having a low dielectric constant so as to fill the insulating slit;
17. The method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 15, wherein a second insulating film having a high dielectric constant is formed on the first insulating film and the second floating electrode. .
前記絶縁スリットが埋まるように前記スリット絶縁膜と、前記電極間絶縁膜とを前記第1の絶縁膜により同時に形成し、
前記第1の絶縁膜上に前記第2の絶縁膜を形成すること
を特徴とする請求項15又は請求項16に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。After patterning the second floating electrode material and forming two second floating electrodes insulated from each other via an insulating slit on the element isolation insulating film on the first floating electrode,
The slit insulating film and the inter-electrode insulating film are simultaneously formed by the first insulating film so that the insulating slit is filled,
17. The method according to claim 15, wherein the second insulating film is formed on the first insulating film.
前記素子分離溝内に前記第1の絶縁膜を埋め込み、素子分離領域を形成し、
前記第1の浮遊電極上及び前記第1の絶縁膜上に前記第2の絶縁膜を形成すること
を特徴とする請求項15又は請求項16に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。After forming an element isolation groove in the semiconductor substrate,
Burying the first insulating film in the element isolation groove to form an element isolation region;
17. The method according to claim 15, wherein the second insulating film is formed on the first floating electrode and the first insulating film.
前記第1の絶縁膜の両端の一部を欠落させ、
前記第1の絶縁膜及び前記第1の浮遊電極の上に、第2の浮遊電極材を堆積し、前記第1の絶縁膜の欠落内部に張り出すように形成された第2の浮遊電極を自己整合的に形成し、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の浮遊電極の上に前記第2の絶縁膜を形成すること
を特徴とする請求項15又は請求項16に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。After burying the first insulating film in the element isolation groove and forming an element isolation region,
Removing both ends of the first insulating film,
A second floating electrode material is deposited on the first insulating film and the first floating electrode, and a second floating electrode formed so as to protrude inside the missing portion of the first insulating film is formed. Self-aligned,
17. The method according to claim 15, wherein the second insulating film is formed on the first insulating film and the second floating electrode.
前記第1の浮遊電極の上に前記第1の絶縁膜を挟むように第2の浮遊電極を形成し、
前記第1の絶縁膜の上面が前記第2の浮遊電極の上面よりも高くなるように、前記第2の浮遊電極を形成し、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の浮遊電極の上に前記第2の絶縁膜を形成すること
を特徴とする請求項15又は請求項16に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。After burying the first insulating film in the element isolation groove and forming an element isolation region,
Forming a second floating electrode on the first floating electrode so as to sandwich the first insulating film;
Forming the second floating electrode so that an upper surface of the first insulating film is higher than an upper surface of the second floating electrode;
17. The method according to claim 15, wherein the second insulating film is formed on the first insulating film and the second floating electrode.
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